Enkle datastrukturer og variabler

💡 Læringsmål: I dette kapittelet skal du lære deg å bruke enkle datastrukturer som tall, tekst og boolske verdier. I tillegg skal vi se litt på variabler.

Når vi snakker om datastrukturer, snakker vi i grove trekk om mekanismene vi bruker for å organiserer data i et dataprogram. Ofte skiller vi mellom enkle datastrukturer, som typisk er bygget inn i programmeringsspråket, og mer avanserte datastrukturer, hvor programmereren selv bygger datastrukturen basert på egendefinerte klasser, objekter og funksjoner.

I dette kapittelet skal vi se på enkle datastrukturer som tall, strenger (tekst) og boolske verdier (sant og falskt). I tillegg skal vi se på variabler, som lar oss referere til dataverdier med navn.

Tips: Når du går gjennom dette kapittelet, kan det være lurt å lage en kodefil som heter datastrukturer.py i mappen kurs/, og bruke denne til å teste ut de forskjellige kodesnuttene du støter på.

Tall

Python har innebygget støtte for å jobbe med tall. De to viktigste typene tall er heltall (integers på engelsk, eller int i kode) og flyttall (floating-point numbers på engelsk, eller float i kode).

Både heltall og flyttall skriver man rett i koden som tall. Som desimaltegn bruker man punktum (.).

# Skriver ut heltallet 3 (tre)
print(3)

# Skriver ut flyttallet 4,5 (fire og en halv)
print(4.5)

For å skrive negative tall, skriver man et minustegn (-) før tallet.

# Skriver ut det negative heltallet -5 (minus fem)
print(-5)

# Skriver ut det negative flyttallet -7,2 (minus syv komma 2)
print(-7.2)

Vi regner med tall

Python har flere innebygde funksjoner for å regne med tall:

• + lar oss legge sammen to tall. 1 + 1 blir eksempelvis 2.
• - lar oss trekke et tall fra et annet. 3.4 - 2 blir eksempelvis 1.4.
• * lar oss multiplisere to tall. 4 * 3 blir eksempelvis 12.
• / lar oss dele ett tall på et annet. 2 / 1.5 blir eksempelvis 1.3333333333333333.

I motsetning til funksjonene vi har blitt kjent med fra før, skriver man de vanligste matematiske funksjonene mellom de to tallene man regner på. Dette er forskjellig fra hvordan man bruker funksjoner ellers i Python, men er noe man har gjort for at matematiske uttrykk skal ligne mer på det man er vant til fra annen matematikk.

Funksjonene over fungerer både med heltall og flyttall, og returnerer heltall eller flyttall, avhengig av om svaret på utregningen er et desimaltall, eller om man brukte et flyttall for å regne ut svaret.

✍️ Oppgave: Kan du skrive litt kode i datastrukturer.py som bruker de fire innebygde matematiske funksjonene over?

Vanlige og spesielle matematiske funksjoner

Mange matematiske funksjoner finnes både som "vanlige" Python-funksjoner og som "spesielle" funksjoner som man skriver mellom to tall. Et eksempel på dette er pow(...)-funksjonen, som regner ut potensen til et tall. Dette kan også gjøres med den "spesielle" funksjonen **.

# Regner ut 2 opphøyd i 3. potens med pow-funksjonen
print(pow(2, 3))

# Regner ut 2 opphøyd i 3. potens med **
print(2 ** 3)

Noen matematiske funksjoner finnes bare som "vanlige" Python-funksjoner. Et eksempel på dette er math.sqrt(...), som regner ut kvadratroten til et tall.

# Importerer biblioteket math, som inneholder flere matematiske funksjoner
# Import av biblioteker er noe vi ikke skal gå inn på nå, men som forklares i senere kapitler
import math

# Regner ut kvadratroten av 9
print(math.sqrt(9))

Regnerekkefølge

De matematiske funksjonene i Python, evalueres i utgangspunktet i en bestemt rekkefølge. Dette er grunnen til at 3 + 2 * 6 blir 15 (2 * 6 blir 12, og legger man til 3 får man 15).

For å styre rekkefølgen uttrykk evalueres i, kan man bruke parenteser (( og )). Da kan man eksempelvis skrive (3 + 2) * 6, sånn at tallene 3 og 2 legges sammen først, før man multipliserer med 6.

Noen ganger kan det være lurt å legge til parenteser, selv om uttrykket evaluerer i den rekkefølgen man ønsker i utgangspunktet. Eksempelvis blir både 3 + 2 * 6 og 3 + (2 * 6) evaluert til 15, men i det andre uttrykket kan det være enklere å se at multiplikasjonen evalueres først.

Oversette mellom heltall og flyttall

Ofte er det ikke viktig om man bruker heltall eller flyttall når man regner, men noen ganger gjør det hele forskjellen. Et eksempel på dette kan være at man skal slå opp noe på en spesifikk plass i en liste, noe vi kommer til senere i kurset.

Hvis man skal oversette et heltall til et flyttall, kan man bruke funksjonen float(...).

# Oversetter heltallet 3 til flyttallet 3.0
print(float(3))

Når man skal oversette et flyttall til et heltall, er det flere funksjoner som er vanlige å bruke:

• int(...) kutter av alle desimalene, så både int(1.2) og int(1.8) blir til 1.
• round(...) runder av tallet, så round(1.2) blir til 1 og round(1.8) blir til 2. Man kan også sende inn et ekstra tall til round(...), hvis man ønsker å ta vare på et spesielt antall desimaler round(1.333333333333333333, 2) blir til 1.33.
• // er nyttig hvis man skal dele to tall, og bare ønske å få tilbake tallene før komma. Eksempelvis blir 2 // 3 til 0, og 5 // 3 blir til 1. Man kan med andre ord tenke på // som en funksjon som først deler tallene med /, og deretter kutter av desimalene med int(...).

Enda flere matematiske funksjoner

Modulus er noe vi kanskje ikke bruker så mye i det daglige, men som har en tendens til å dukke opp i programmering titt og ofte. Kort fortalt er dette hvor mye som er igjen av et tall, hvis vi forsøker å dele det med et annet. I Python kan vi finne denne med å bruke funksjonen %. Eksempelvis blir 5 % 2 til 1, fordi man kan trekke 2 fra 5 to hele ganger, og så ender man opp med en rest på 1. 10 % 6 blir til 4, fordi man kan trekke 6 fra 10 en gang, og da ender man opp med en rest på 4.

Modulus er nyttig for å f.eks. finne ut om et tall er et partall. Vi vet at partall kan deles på 2, så derfor må et partall sin % 2 være lik 0.

En annen funksjon som stadig vekk er nyttig når man programmerer, er abs(...), som finner absoluttverdien til et tall. Absoluttverdien er kort fortalt hvor stort tallet er, hvis vi ser bort ifra om det er positivt eller negativt. Eksempelvis er både abs(3) og abs(-3) tallet 3.

🧠 Visste du at? Flyttall er ikke helt presise

Flyttall blir lagret på en måte som gjør at de ikke blir helt presise. Dette er en generell egenskap ved flyttall.

Prøv for eksempel å regne ut 0.1 + 0.1 + 0.1:

$> python
Python 3.10.2 (tags/v3.10.2:a58ebcc, Jan 17 2022, 14:12:15) [MSC v.1929 64 bit (AMD64)] on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> 0.1 + 0.1 + 0.1
0.30000000000000004
>>> exit()
$> 

Det finnes gode forklaringer på hvorfor, men de er litt kompliserte og handler om hvordan man lagrer ting i totallssystemet (hvor du bare har 0 og 1).

Så lenge du bare bruker heltall (int) trenger du ikke bekymre deg over denne mangelen på presisjon. Trenger du presisjon på desimaltall så finnes det et alternativ for avansert bruk, men de aller fleste trenger ikke forholde seg til dette.

Variabler

Når man programmerer, skiller man gjerne mellom variabler og verdier. Verdier er ofte det som representerer data i et program, og er gjerne noe spesifikt, som tallet 3, eller teksten "hei alle sammen". Når vi lærte om tall i seksjonen over, var alle tallene vi brukte eksempel på verdier.

Variabler lar oss gi verdier et navn. Ved å gi verdier navn, kan vi bedre kommunisere hva en verdi representerer. Med variabler kan vi skrive kode som regner med antall_epler og antall_appelsiner, i stedet for tall som 3 og 5. Da slipper vi å huske hva hvert tall representerer.

Variabler gir oss også muligheten til å skrive kode som fungerer for mange forskjellige verdier. Man kan f.eks. lage to variabler, et_tall og et_annet_tall, som inneholder to tallverdier som en bruker har skrevet inn. Så kan man bruke disse variablene til å printe ut summen av tallene med print(et_tall + et_annet_tall). Denne koden vil da fungere uansett hvilke tall brukeren har skrevet inn.

Livet til en variabel

Livet til en variabel består av fire faser:

1. Variabelen oppstår når vi gir den et navn.
2. Når variabelen har et navn, kan vi gi den en verdi.
3. Når variabelen har en verdi, kan vi bruke variabelnavnet til å hente verdien i koden vår.
4. Når det ikke lenger er behov for variabelen, kan programmet fjerne den.

Variabelen oppstår og får sin første verdi

I Python gjennomgår variabler alltid livets to første faser samtidig. Det betyr at vi alltid må gi variabler en verdi samtidig som vi gir de navn. Dette gjør vi ved å skrive navnet på variabelen vi ønsker å lage, et likhetstegn =, etterfulgt av verdien vi vil at variabelen skal ha. Kodelinjen en_variabel = 3 forteller dermed Python at vi ønsker å opprette en variabel med navnet en_variabel, og at vi ønsker at den skal få verdien 3.

en_variabel = 3
print(en_variabel)

Hvorfor kan jeg ikke lage en variabel uten en verdi i Python? Variabler er stort sett bare nyttig når de inneholder en verdi. Derfor krever Python at man gir en variabel en verdi når man lager den. Dette gjør at en del feil er litt mindre vanlige i Python, enn i andre programmeringsspråk hvor man kan lage variabler som ikke inneholder verdier.

Som variabelnavn kan man bruke kombinasjoner av små og store bokstaver, tall og understrek (_). Det eneste begrensningen er at eventuelle tall ikke kan være det første tegnet i variabelnavnet. Hvis man har variabelnavn som består av flere ord, bruker man gjerne understrek for å skille hvert ord, f.eks. et_stort_tall. Tall brukes gjerne der man har flere variabler med lignende navn, som f.eks. heltall_1 og heltall_2.

✍️ Oppgave: Hvilke variabelnavn er gyldige? Under er det en liste med variabelnavn. Klarer du å finne ut av hvilke variabelnavn som er gyldige i Python? Hvis du er i tvil, kan du skrive litt kode i datastrukturer.py som forsøker å lage en variabel med det variabelnavnet du lurer på er gyldig.

Variabelnavn:

• en_annen_variabel
• en-variabel
• 3_variabler
• variabel_3
• enVariabel
• EnVariabel
• en variabel
• nå_er_det_nok

Vi bruker variabelen

Når man har laget en variabel, og gitt den en verdi, kan man bruke variabelen akkurat som om den var verdien. Det betyr at hvis man har to variabler som inneholder tall-verdier, så kan man bruke de variablene akkurat som om de var tall.

print(3 + 7)

et_tall = 3
et_annet_tall = 7
print(et_tall + et_annet_tall)

Man kan også gi variabler en verdi som er hentet fra andre variabler, eller er resultatet av en funksjon som bruker andre variabler eller verdier.

et_tall = 3
et_annet_tall = 7
summen_av_to_tall = et_tall + et_annet_tall
print(summen_av_to_tall)

✍️ Oppgave: Kan du skrive litt kode i datastrukturer.py som bruker de matematiske funksjonene vi har lært om, men bruker variabler til å ta vare på de tallene man regner med, og resultatene man får?

Kan variabler endre verdi?

I Python kan man gi en variabel en verdi flere ganger. Det betyr at en variabel kan starte med å inneholde tallet 3, og senere i koden kan inneholde et annet tall som 7.

en_variabel = 3
print(en_variabel)

en_variabel = 7
print(en_variabel)

En variabel kan også inneholde helt forskjellige typer verdier. Man kan f.eks. starte med å la variabelen inneholde et tall 3, og så la den inneholde teksten "hei igjen".

en_variabel = 3
print(en_variabel)

en_variabel = "hei igjen"
print(en_variabel)

Selv om det kan være nyttig å endre verdien til en variabel, kan det også være veldig forvirrende. Spesielt forvirrende kan det være om man lar variabelen endre seg fra helt to forskjellige typer verdier. Derfor kan det være lurt å ha disse to tommelfingerreglene i bakhodet:

1. Hvis det ikke er en spesiell grunn til å endre verdien på en variabel, bruk heller to eller flere variabler.
2. Hvis man må endre på verdien til en variabel, forsøk å skrive koden sånn at man ikke trenger å endre på hvilken type verdi variabelen inneholder.

Tips: Alle regler er til for å brytes, og reglene over er intet unntak. Det finnes mange tilfeller hvor det kan være nyttig å endre verdien til en variabel, og du kommer til å støte på flere eksempler på kode som gjør det i dette kurset.

Når det ikke lenger er behov for en variabel

Python er et eksempel på et programmeringsspråk hvor man i liten grad trenger å skrive kode som forteller programmet at det ikke lenger er behov for en variabel. Dette klarer Python i stor grad å finne ut selv.

Grunnen til at det er viktig for programmeringsspråk å vite at variabler ikke lenger er i bruk, er fordi det lar programmet rydde opp mens det kjører. Da kan programmet f.eks. slutte å bruke minne til å huske på et stort tall, eller "låse opp" en fil, sånn at andre deler av programmet kan skrive til den.

Når man starter å programmere, er det ikke så viktig å tenke på at ting ryddes opp, men etter hvert som man skriver mer avanserte programmer, som f.eks. skal jobbe med filer som er større enn RAM-minnet til datamaskinen, må man i større grad ta hensyn til sånne ting.

I senere kapitler, kommer du også til å bli kjent med Python-kode hvor man forteller Python hvor lenge det er behov for en variabel. Da bruker man typisk syntaksen with verdi as variabelnavn:, som forteller Python at denne variabelen bare skal leve innenfor skopet til den blokken with-uttrykket omfavner. Ikke fortvil om dette ikke gir så mye mening nå, vi kommer til å jobbe mer med det senere.

Strenger

Skal man jobbe med tekst, er strenger en fin datastruktur. Kort forklart er en streng en sekvens av tegn (bokstaver, tall eller andre skrifttegn som punktum og komma).

Den enkleste måten å lage en streng på, er ofte å bruke anførselstegn (") eller apostrof ('):

en_streng = "Hallo verden"
print(en_streng)

en_annen_streng = 'Hei igjen'
print(en_annen_streng)

Anførselstegn og apostrof

Når man lager en streng på denne måten, er det viktig at teksten man omslutter med anførselstegn eller apostrof, ikke selv inneholder anførselstegn eller apostrof. Hvis man gjør det, blir Python forvirret og tror at teksten slutter før den egentlig gjør det.

# Dette fungerer ikke
funker_ikke = 'Snurp igjen smella di, du maser jo som et lok'motiv'
funker_heller_ikke = "Fra filmen "Lasse & Geir" av Wam og Vennerød"

For å få til dette, kan man passe på at man omslutter tekst som inneholder anførselstegn med apostrof, og vice versa.

# Dette fungerer helt fint
funker_fint = "Snurp igjen smella di, du maser jo som et lok'motiv"
funker_også_fint = 'Fra filmen "Lasse & Geir" av Wam og Vennerød'

Hvis det ikke holder å bytte mellom anførselstegn og apostrof, kan man også bruke bakstrek (\) for å fortelle Python at et enkelt tegn skal tolkes som en del av strengen.

# Her bruker vi bakstrek (\) som rømningskarakter (escape character)
funker_fint = "Snurp igjen smella di, du maser jo som et lok\'motiv. Fra filmen \"Lasse & Geir\" av Wam og Vennerød"

Strenger med flere linjer tekst

Noen ganger har man lyst på en tekst som inneholder linjeskift. For å få til dette, må man legge inn et eget tegn for linjeskift (\n) der man ønsker det i teksten.

flere_linjer = "Hva brast så høyt der?\nNorge av di hand, konge."
print(flere_linjer)

Et annet alternativ er å omslutte teksten med tre apostrofer ('''). Da kan man skrive inn linjeskift som vanlig i teksten.

flere_linjer = '''Hva brast så høyt der?
Norge av di hand, konge.'''
print(flere_linjer)

Formaterte strenger

Strenger i seg selv er ganske nyttig, men de blir enda nyttigere når vi fyller de med data fra andre variabler. Den mest praktiske måten å gjøre dette på, er å bruke formaterte strenger.

Formaterte strenger, eller f-strenger som de ofte kalles, skiller seg fra vanlige strenger på to måter:

1. De starter med bokstaven f før det første anførselstegnet eller apostrofen.
2. Inne i strengen kan man bruke krøllparenteser ({ og }) for å omslutte variabler eller kode som man vil flette inn verdien av.

et_tall = 3
et_annet_tall = 7
svar = f"Summen av {et_tall} og {et_annet_tall} er {et_tall + et_annet_tall}"
print(svar)

✍️ Oppgave: Kan lage en egen formatert streng i datastrukturer.py som setter sammen noen variabler og printer de til terminalen?

Når man fletter inn en verdi eller variabel i en formatert streng, vil Python forsøke å gjøre om verdien man fletter inn til en streng. For enkle datastrukturer som tall, vil man typisk få en passende streng ut av boksen, men for mer avanserte datastrukturer, kan det være man må gjøre konverteringen selv, eller bruke en av konverteringsfunksjonene som er bygget inn i f-strenger.

Formaterte strenger er litt nyere funksjonalitet i Python. Før dette var tilgjengelig, brukte man gjerne funksjonen + for å slå sammen strenger og verdier. Dette er typisk litt mer kronglete enn å bruke f-strenger, men kommer du over gammel kode, kan det være du ser denne måten å bygge strenger på.

Andre nyttige streng-funksjoner

Det finnes veldig mange nyttige funksjoner som kan brukes til å behandle strenger i Python. Vi rekker ikke å dekke alle her, men lurer du på hvordan man kan gjøre noe spesielt med en streng, er det ofte verdt å ta en titt i dokumentasjonen. Under har vi trukket frem tre funksjoner som er nyttig å vite om.

Noen ganger lurer man på om en streng inneholder en spesiell tekst. For å finne ut av dette, kan man bruke funksjonene in og not in.

en_streng = "Hallo verden"
print("Hallo" in en_streng) # Skriver ut True
print("Hei" in en_streng) # Skriver ut False
print("Hei" not in en_streng) # Skriver ut True

For funksjonene in og not in, gjør store og små bokstaver en forskjell. Ordet Hallo er f.eks. ikke det samme som hallo.

en_streng = "Hallo verden"
print("hallo" in en_streng) # Skriver ut False

Hvis man ønsker å se bort ifra store og små bokstaver når man sammenligner strenger, kan man bruke funksjonen casefold. Denne gjør om bokstavene i strengen til små bokstaver, så man kan sammenligne den med andre strenger uten å tenke på om den inneholder store og små bokstaver.

en_streng = "Hallo verden"
print("hallo" in en_streng.casefold()) # Skriver ut True

Verdiene True og False i koden over, er eksempler på boolske verdier. Dette skal vi lære om i neste seksjon.

Det kan også være nyttig å dele opp en streng i flere biter. For å gjøre dette, kan man bruke funksjonen split.

en_streng = "Hallo verden"
print(en_streng.split()) # Skriver ut ['Hallo', 'verden']

I grove trekk, deler split opp strengen basert på mellomrom. Dette kan ofte være et greit utgangspunkt hvis man forsøker å dele en tekst opp i flere ord.

Hvis man heller ønsker å dele opp strengen basert på et annet tegn, kan man gjøre dette ved å sende tegnet inn som et argument til split-funksjonen.

en_streng = "Hallo verden"
print(en_streng.split("r")) # Skriver ut ['Hallo ve', 'den']

Tips: Strenger er en veldig nyttig og fleksibel datastruktur, men siden den kan brukes til nesten hva som helst, er den også lett å misbruke. Ender du opp med å gjøre mange avanserte operasjoner på strenger, kan det være lurt å tenke på om man heller skulle brukt en annen datatype.

Boolske verdier

Boolske verdier, er verdier som enten kan være sanne (True) eller falske (False). De brukes gjerne der man ønsker at et dataprogram skal velge mellom å gjøre to forskjellige ting. Hvordan man får programmer til å velge mellom forskjellige ting, basert på en boolsk verdi, er noe vi skal se på i et senere kapittel. I første omgang skal vi bare se litt på hva boolske verdier er, og hvordan man kan bruke ulike boolske funksjoner til å lage boolske uttrykk, som igjen regner ut nye boolske verdier.

Sant og falskt

En boolsk verdi kan bare være en av to ting. Enten er den sann (True), eller så er den falsk (False).

sant = True
falskt = False
print(f"Noen ting er {sant} og noen ting er {falskt}")

Dette kan virke ganske begrenset, men som vi skal se senere i kurset, er det overraskende mange ting man kan få til med en verdi som bare kan være True eller False.

Ikke

Hvis man ønsker å "snu om" på en boolsk verdi, kan man bruke funksjonen not. Denne funksjonen tar inn en boolsk verdi, og gir tilbake det motsatte.

For å forstå hvordan not fungerer, kan vi sette opp en sannhetstabell. Denne tabellen har forskjellige kolonner som inneholder forskjellige boolske verdier, og boolske uttrykk som bruker de forskjellige verdiene. Hver rad i tabellen viser hva det boolske uttrykket blir, hvis de boolske verdiene er satt til en spesiell kombinasjon av True eller False.

Tabellen over, viser at hvis variabelen a er satt til False, vil det boolske utrykket not a bli verdien True.

sant = True
print(f"Noen ting er {sant} og noen ting er {not sant}")

Og

Hvis man ønsker å finne ut av om to variabler er sanne samtidig, kan man bruke funksjonen and. Denne funksjonen tar inn to boolske verdier, og gir tilbake True hvis begge verdiene den tok inn er True.

a = True
b = False
print(f"Kommer jeg til å bli sann eller falsk? {a and b}")

Eller

Hvis man bare er opptatt av å finne ut om en av to variabler er sanne, kan man bruke funksjonen or. Denne funksjonen tar inn to boolske verdier, og gir tilbake True hvis en, eller begge, verdiene er True.

a = True
b = False
print(f"Kommer jeg til å bli sann eller falsk? {a or b}")

Gruppering av boolske uttrykk

Akkurat som det kan være vanskelig å finne ut hvilken del av et matematisk uttrykk som evalueres først, kan det være vanskelig å vite hvilken del av et boolsk uttrykk som evalueres først. For å gjøre dette tydeligere, kan man bruke parenteser (( og )) for å gruppere utrykket.

✍️ Oppgave: Kan du skrive ned sannhetstabellen for uttrykket a and (b or c)? Det kan være en fordel å bruke en egen kolonne for del-uttrykket b or c. Kan du skrive litt kode som beregner dette boolske uttrykket?